信号失真要如何测量？

科技 2024-11-05 23:54 江苏

信号失真是指信号在传输或放大过程中，输出信号的波形与输入信号的波形不一致，导致信号的幅度、频率或相位发生变化的现象。

放大器的非线性失真是指输入信号在经过放大器后所产生的输出信号中包含其他频率分量的信号，由于非线性失真导致了原信号所包含的信息发生了畸变，这会给信号处理带来很大困难。

放大器失真的原因主要有两个：一是放大器件的工作点进入了特性曲线的非线性区，使输入信号和输出信号不再保持线性关系；二是放大器的频率特性不好，对输入信号中不同频率成分的增益或延时不同。放大器的失真会影响信号的质量和稳定性，因此需要采取一些措施来消除或减小失真，如选择合适的偏置电压、负反馈、滤波、屏蔽等。

在一定程度上，每个放大器都是非线性的，并且在大多数情况下很难准确确定放大器的非线性方程。但是，如果在所感兴趣的信号频率范围内，非线性信号的功率非常小，则可以将放大器看作是线性的。

谐波失真是一种发生在输入信号频率谐波上的失真，其频率为输入信号频率的整数倍。谐波失真是由非线性的传递函数产生的，如果假定传递函数是平稳的，如不随时间变化，而且输入信号呈现周期性，那么输出也将是一个周期信号。

频域上，周期信号的傅里叶级数由基波周期频率的谐波组成，对于一个周期输入信号，当输入输出之间的函数关系不随时间变化，都不会出现非谐波失真。

谐波的产生是由于非线性负载的存在，导致了电流与电压之间形成了非线性关系，它可以用一个二阶多项式来描述：

其中i(t)是电流，v(t)是电压，a0,a1,a2是常数。如果电压是一个正弦波，例如：

其中，V0是电压的幅值，ω是电压的角频率。将电压代入电流的表达式，可以得到：

可以将三角函数的公式代入电流的表达式，得到：

从表达式可以看出，电流中除了包含基波频率ω的分量，还包含二次谐波频率2ω的分量，其幅值与a2和V0平方成正比。因此，二阶多项式可以用来表示谐波的产生，而二次谐波的强度与电压的平方有关。若输入输出电压特性呈现出更为复杂的关系，那么将导致更高次谐波的出现。

测量方法

对于放大器这样的器件，常用指标是总谐波失真（Total Harmonic Distortion，THD）测量方法与公式如下：

测量方法：产生一个频谱纯净的单频正弦波信号作为输入，用一个频谱分析仪观察输出信号的频谱，记录下基波和各阶谐波的幅度。

测量公式：总谐波失真(THD)为所有谐波的均方根值与基波的均方根值的比值，通常用百分比或分贝表示。计算公式为：

其中，V1是基波的均方根值，Vn是第n阶谐波的均方根值，N是考虑的最高阶数。若需要转换成dB，是20*log10(.)

Matlab中有直接计算THD的函数：thd(x)。有时可以对放大器的一些非线性进行校正。如果放大器的输出经过数字化，可以通过对捕获的输出进行数字后处理并对非线性进行数学校正来还原更好的动态范围。发现使用多项式校正时，第二个和第三个谐波会显著降低。

雷达通信电子战

专业知识服务: SAR，相控阵，MIMO 雷达人工智能 AI 通信干扰抗干扰电磁战 Matlab，Verilog，FPGA 软硬件设计

最新文章

综合电子战系统，提供全面态势感知！

雷达反干扰设计

1D~4D雷达基础

相控阵雷达入门到精通

有源相控阵雷达的主要特点和技术参数

获取雷达通信电子战的丰富资料！

利用人工智能和机器学习(AI/ML)技术，驱散电磁战争的“迷雾”！

更高分辨率、更大带宽！新一代Ku波段SAR系统强势升级

“智商税”已交，wifi7有哪些新技术？

5.5G技术，你的手机用上了吗？

直接序列扩频，增加通信系统的抗干扰能力

裁员严重，大家提前做好准备吧！

机器学习(ML)在发射机识别与资源管理的应用

你不要错过的EI会议大盘点，赶紧来看看！

工作在VHF频段的船舶自动识别系统

多功能相控阵雷达仿真系统（含源码）

雷达通信系统的波形优化问题

雷达干扰的基础知识

软件无线电(SDR)的基础知识

2024年11月发文合集 - 适合收藏！

MIMO雷达-雷达与探测前沿技术丛书

雷达通信电子战，分享资料永久有效！

机载雷达的“杂波模型”

源码 | 精品课程（WORD+Matlab）

雷达电子战系统仿真与评估技术研讨会

为什么雷达系统难以探测到无人机？

相控阵雷达入门到精通

AN/TPS-78固态雷达系列，出色的目标检测性能

新体制雷达成像技术

对小型无人机通信链路的扫频噪声干扰（含代码）

Vivado中如何通过Tcl脚本保存和重建工程？

无人机链路特性及其干扰计算

软件无线电(SDR)的架构及相关术语

学习雷达技术的4大关键点，最后一个往往被忽视！

雷达分析基础（含源码）

单脉冲测向原理与技术（第二版）

“峰值旁瓣比”与“积分旁瓣比”：天线方向图性能的关键指标

老乌鸦协会的JED期刊杂志阅读

智能时代的前沿探索：第六届智能控制、测量与信号处理国际会议征稿中

天线模型与常见的天线类型